Schwarze Löcher

Die Grenzschicht ist die dünne Flüssigkeitsschicht in unmittelbarer Nähe einer Begrenzungsfläche, wo die Auswirkungen der Viskosität signifikant sind. Dieses von Ludwig Prandtl eingeführte Konzept vereinfacht Probleme der Strömungsdynamik, indem es die Strömung in zwei Bereiche unterteilt: die dünne Grenzschicht, in der die Viskosität dominiert, und den äußeren Bereich, in dem die Theorie der reibungsfreien Strömung angewendet werden kann.

Das von-Mises-Fließkriterium besagt, dass das Fließen eines duktilen Materials beginnt, wenn die zweite deviatorische Spannungsinvariante, [latex]J_2[/latex], einen kritischen Wert erreicht. Es wird häufig in Form der von-Mises-Spannung, [latex]\sigma_v[/latex], ausgedrückt, einem skalaren Wert, der kleiner sein muss als die Streckgrenze des Materials, [latex]\sigma_y[/latex]. Streckung tritt auf, wenn [latex]\sigma_v = \sigma_y[/latex].

Die Allgemeine Relativitätstheorie lieferte die erste genaue Erklärung für die anomale Periheldrehung des Merkurs. Die Newtonsche Gravitation konnte die langsame, allmähliche Verschiebung der elliptischen Umlaufbahn des Merkurs nicht vollständig erklären. Einsteins Theorie sagte die fehlenden 43 Bogensekunden pro Jahrhundert korrekt voraus und führte sie auf die Krümmung der Raumzeit um die Sonne zurück – ein bedeutender früher Erfolg für die Theorie.

Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass der Weg des Lichts durch die Schwerkraft gekrümmt wird. Wenn Licht von einer entfernten Quelle ein massereiches Objekt wie eine Galaxie oder einen Stern passiert, wird sein Weg abgelenkt. Dieses als Gravitationslinseneffekt bekannte Phänomen kann die Hintergrundquelle vergrößern, verzerren oder mehrere Bilder erzeugen und wirkt wie ein kosmisches Teleskop zur Beobachtung des fernen Universums.

Komplexe Redoxreaktionen können mit der Halbreaktionsmethode ausgeglichen werden. Die Gesamtreaktion wird in zwei separate Halbreaktionen aufgeteilt: eine für die Oxidation und eine für die Reduktion. Jede Halbreaktion wird unabhängig von Atomen und Ladung ausgeglichen, häufig durch Zugabe von H+, OH- und H2O in wässrigen Lösungen. Abschließend werden die Elektronenzahlen ausgeglichen und die Halbreaktionen kombiniert.

Alle Quanteneinheiten, wie Photonen und Elektronen, weisen sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften auf. Je nach Versuchsaufbau können sie sich wie ein lokalisiertes Teilchen oder wie eine verteilte Welle verhalten. Die de Broglie-Hypothese besagt, dass jedes Teilchen mit einem Impuls von [latex]p[/latex] eine zugehörige Wellenlänge von [latex]\lambda = h/p[/latex] hat, wobei [latex]h[/latex] die Plancksche Konstante ist.

Ein statistisches Ensemble ist ein konzeptionelles Werkzeug, das aus einer großen Anzahl virtueller Kopien eines Systems besteht, die jeweils einen möglichen Mikrozustand repräsentieren. Durch Mittelung der Eigenschaften aller Systeme im Ensemble lassen sich makroskopische Observablen berechnen. Die wichtigsten Typen sind der mikrokanonische (isoliertes System mit festen N, V, E), der kanonische (geschlossenes System, feste N, V, T) und der großkanonische (offenes System, feste µ, V, T).

Das Äquivalenzprinzip ist ein Eckpfeiler der Allgemeinen Relativitätstheorie. Es besagt, dass die Auswirkungen eines gleichmäßigen Gravitationsfeldes nicht von den Auswirkungen einer gleichmäßigen Beschleunigung zu unterscheiden sind. Das bedeutet, dass ein Beobachter in einem fensterlosen, frei fallenden Aufzug Schwerelosigkeit erfährt, genau wie ein Beobachter im Weltraum, weit entfernt von jeglicher Gravitationsquelle. Dies bildet die konzeptionelle Grundlage für die Schwerkraft als geometrisches Phänomen.

Eine wichtige Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass die Zeit in verschiedenen Gravitationspotentialen unterschiedlich schnell vergeht. Eine Uhr in einem stärkeren Gravitationsfeld (näher an einem massereichen Objekt) tickt langsamer als eine Uhr in einem schwächeren Feld. Dieser Effekt, bekannt als gravitative Zeitdilatation, wurde experimentell nachgewiesen und ist ein entscheidender Faktor in modernen Technologien wie GPS.

Die Einsteinschen Feldgleichungen (EFE) sind ein Satz von zehn gekoppelten, nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen, die den Kern der allgemeinen Relativitätstheorie bilden. Sie beschreiben die grundlegende Wechselwirkung der Gravitation als Ergebnis der Krümmung der Raumzeit durch Materie und Energie. Die Gleichung lautet kurz gefasst: [latex]G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}[/latex], was die Geometrie der Raumzeit mit ihrem Energie-Impuls-Gehalt verbindet.

Die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass ein massives, rotierendes Objekt die Raumzeitstruktur mit sich herumzieht. Dieses Phänomen wird als Frame-Dragging oder Lense-Thirring-Effekt bezeichnet. Das bedeutet, dass ein Kreisel, der den rotierenden Körper umkreist, präzediert – nicht aufgrund eines wirkenden Drehmoments, sondern weil die Raumzeit selbst durch die Rotation des Körpers verdreht wird.

Redoxreaktionen (Reduktions-Oxidationsreaktionen) beinhalten einen Elektronentransfer zwischen chemischen Spezies. Eine Spezies oxidiert (gibt Elektronen ab), während eine andere reduziert wird (gewinnt Elektronen). Diese beiden Prozesse laufen immer gleichzeitig ab. Die Spezies, die Elektronen abgibt, ist das Reduktionsmittel, die Spezies, die Elektronen gewinnt, ist das Oxidationsmittel. Dieses grundlegende Konzept liegt der Elektrochemie und vielen biologischen Prozessen zugrunde.

Ein Bingham-Plastik ist ein viskoplastisches Material, das sich bei geringen Spannungen wie ein starrer Körper verhält, bei hohen Spannungen jedoch wie eine viskose Flüssigkeit fließt. Es ist durch eine Fließspannung, [latex]\tau_0[/latex], gekennzeichnet, die die Mindestschubspannung ist, die erforderlich ist, um das Fließen einzuleiten. Unterhalb dieser Schwelle verformt sie sich nicht. Gängige Beispiele sind Zahnpasta, Mayonnaise und Tonschlämme.

Scherverdünnung oder Pseudoplastizität ist ein nicht-Newtonsches Verhalten, bei dem die Viskosität einer Flüssigkeit mit zunehmender Scherspannung abnimmt. Viele gängige Substanzen wie Ketchup oder Farbe weisen diese Eigenschaft auf. Im Ruhezustand sind sie dickflüssig, fließen aber leichter, wenn sie geschüttelt, gerührt oder verteilt werden. Dies wird häufig durch die Potenzfunktion von Ostwald–de Waele modelliert.